Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

структурой, близкой к структуре волны H01, находим собственную добротность резонатора Q0 по известному Результаты экспериментальных соотношению [8,9] исследований Q0 = /m = /(2am). (17) Измерения проводились на стандартном панорамном измерителе коэффициента стоячей волны по наУчитывая симметрию электродинамической системы, можно воспользоваться простыми аналитическими со- пряжению P2-44. Диапазон рабочих частот измерителя 6.85-12.42 GHz. Размер волноводного тракта отношениями для расчета коэффициента передачи на 28.5 12.5 mm.

резонансной частоте резонатора проходного типа [8,9] В табл. 1 и 2 представлены зависимости основных 4(Q0/Qc)2 параметров резонаторов Ч диафрагм, изготовленных из K0 =, (18) стали, длиной 0.5 mm от высоты щели b. Принято, что (1 + 2Q0/Qc)a0 = 28.5, b0 = 12.5 mm, = 1, a = 17 mm.

где Qc Ч добротность связи резонатора с линией В расчетах определены основные параметры резонапередачи. тора щелевого типа: 0 Ч резонансная длина волны, Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 92 Д.В. Запорожец, Н.А. Яковенко Таблица 1. Параметры диафрагмы, изготовленной из стали пропускания 1 b, mm 0, mm Qr0 Q1 QL0 K0 2 f, GHz L 0 2 f = 2c0(0 - 1)/(01), (27) 0.08 33.933 8.526 2.476 1.920 0.051 4.где 1 Ч длина волны, найденная на АЧХ (25) на 0.1 33.933 7.189 3.088 2.160 0.090 4.уровне 0.5K2.

0.2 33.930 4.592 6.235 2.640 0.332 3.Последние три параметра являются определяющими 0.3 33.926 3.810 9.519 2.720 0.510 3.для экспериментальной проверки полученных теорети0.4 33.920 3.476 13.069 2.740 0.624 3.0.5 33.911 3.315 17.036 2.775 0.701 3.188 ческих соотношений.

0.7 33.882 3.196 26.927 2.857 0.800 3.Следует отметить, что 0 немного отличается от 1.0 33.801 3.167 48.395 2.973 0.881 2.значений 0, приведенных в табл. 1. Это говорит о том, что учет фактора нерезонансного возбуждения электродинамической системы в теоретических расчетах Таблица 2. Параметры диафрагмы, изготовленной из стали приводит к смещению резонансной частоты; кроме того, наблюдается уменьшение полосы пропускания при вы1 1 1 b, mm 0, mm K2 2 f, GHz 0e, mm K2e 2 f, GHz 2 2e соте щели диафрагмы b 0.5 mm резонансные значения 0.08 33.950 0.051 1.56 35.50 0.008 2.34 коэффициента передачи при этих расчетах не изменя0.1 33.949 0.090 1.80 34.80 0.032 1.ются. Следует отметить, что для стальных диафрагм и 0.2 33.942 0.332 2.52 34.29 0.320 2.диафрагм из материалов с большой проводимостью тол0.3 33.933 0.510 2.80 34.24 0.400 2.щиной менее 0.5 mm, параметры электродинамических 0.4 33.923 0.624 2.91 34.17 0.560 2.50 систем, за исключением резонансной длины волны 0, 0.5 33.913 0.701 3.00 34.01 0.660 2.изменяться не будут.

0.7 33.882 0.800 2.98 33.90 0.710 2.В правой части табл. 2 приведены результаты экспе1.0 33.801 0.881 2.98 33.71 0.813 3.риментальных исследований параметров диафрагм таких же размеров, изготовленных из того же материала, резонансной длины волны 0e, резонансного коэффициента передачи K0e и полосы пропускания 2 f.

вычисленная из (22), как точка минимума значений Qr ; 2e Сравнение теоретических и экспериментальных данQr0 Ч значение радиационной добротности в точке = 0; Q1 Ч собственная добротность резонатора, най- ных приведено на рис. 4, где показана зависимость денная из уравнения (17), в точке = 0; QL0 Чзна- коэффициента передачи и ширины полосы пропускания от высоты диафрагмы. Видно достаточно хорошее совчение нагруженной добротности резонатора, найденное из соотношения (19) при = 0; K0 Ч резонансное зна- падение результатов.

Были исследованы основные параметры диафрагм, изчение коэффициента передачи резонатора, вычисленное готовленных из стали (Rs = 0.07 ) толщиной 0.02 mm из (18) при подстановке в это уравнение параметров Qзаполненных диэлектриком с = 28; для совпадения и Q1 = 2Qr0; 2 f Ч полоса пропускания резонатора, L c диапазона резонансных частот a = 3.213 mm. Такие диаопределяемая из (20) после преобразования его к 2 f = c0/(0/QL0). (24) L Эти параметры приведены в табл. 1 и 2 с учетом возбуждения электромагнитной волны основного типа H10 одновременно и нерезонансного типа волны Hв волноводе меньшего сечения. Рассматривая включенные последовательно друг за другом два соответствующих эквивалентных четырхполюсника, можем представить результирующий вид АЧХ рассматриваемого нами устройства так:

K2 = KK1, (25) где K определяется из соотношения (15), а KK1 =. (26) Рис. 4. Сравнение теоретических и экспериментальных дан1 - [c0(0 - )/(0 f )] L ных зависимости коэффициента передачи и ширины полосы пропускания от высоты диафрагмы. Х, Ч теоретические Параметр K2 определяется из соотношения (25) в точке расчеты для коэффициента передачи и полосы пропускания, максимума, 0 Ч резонансная длина волны, определя-, Ч экспериментальные результаты для коэффициента емая в точке максимума функции K2, 2 f Ч полоса передачи и полосы пропускания.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Влияние потерь энергии на амплитудно-частотную характеристику электродинамической системы... Таблица 3. Параметры диафрагмы, изготовленной из стали теми же, что и в случае тонких диафрагм. Возникает вопрос о замене стальной диафрагмы на медную. В табл. 1 b, mm 0, mm K2 2 f, GHz приведены основные параметры четырех диафрагм разной толщины L ( = 28, a = 3.213, b = 0.08 mm), изго0.08 33.994 0.258 0.товленных из меди и стали.

0.1 33.994 0.346 0.0.2 33.990 0.624 0.750 Как видно из табл. 4, полосы пропускания одинаковых 0.3 33.981 0.768 1.электродинамических систем почти совпадают, а коэф0.4 33.968 0.848 1.фициент передачи медной диафрагмы в два раза боль0.5 33.951 0.893 1.ше. Однако применение заостренных концов диафрагмы 0.7 33.904 0.938 1.(с помощью стальных электродов) уменьшает эффектив1.0 33.807 0.964 2.ное значение параметра L Ч толщины по сравнению с толстыми (L = 0.5mm) электродами и позволяет получить сравнительно широкую полосу пропускания, с определенным ДущербомУ для коэффициента передачи.

фрагмы являются прототипом одной из конструктивных Очевидно, что электродинамическая структура на моделей, исследованных нами на эксперименте, в котооснове тонких щелевых резонаторов более предпочтиром монокристалл LiNbO3 располагался между стальтельна, так как позволяет получить полосу прозрачности ными бритвенными лезвиями. Теоретическая модель более 1 GHz.

предполагает возможность получения достаточно широИсследование действующих макетов оптико-микрокополосных устройств (полоса пропускания составляет волновых модуляторов проводилось на стандартном около 3 GHz) и достаточно хорошим коэффициентом пеэкспериментальном стенде, описанном в работе [8].

редачи (порядка 50-100%). Однако экспериментальная Была осуществлена модернизация стенда благодаря реализация такого макета диафрагмы с диэлектрическим применению сверхбыстродействующего фотоприемника заполнением (между лезвиями необходимо расположить ФПЛ-70А, обеспечивающего возможность детектиромонокристалл размером 30 30 m) технологически вания оптического излучения с частотой модуляции трудно реализуема. Поэтому сравнительно просто было до 10 GHz. Проведены исследования внешних модуляизготовить макет на базе частично заполненных диаторов света с высоким уровнем управляющего сигнафрагм. Между лезвиями помещался массивный монола на базе сверхвысокочастотных резонансных систем.

кристалл LiNbO3 с поперечными размерами 4.0 4.Кроме макета внешнего модулятора [8], созданного на и длиной 2.0 mm, в боковых гранях которого были основе медной диафрагмы толщиной 0.5 и шириной прорезана два паза Ч щели глубиной около 1.8 mm, щели 0.5 mm, был изготовлен модулятор с применением таким образом, что они образовали ниши для подвода тонкой диафрагмы, составленной из двух стандартных электродов Ч бритвенных лезвий Ч и их удалось разместальных лезвий толщиной 0.1 mm, заостренных на стить на расстоянии 0.35 mm друг от друга. Если учесть, конце до толщины пластинок 0.02 mm. Монокристалл что расстояние между электродами b1 составляет аналог LiNbO3 вырезан размером 4.0 4.0 и длиной 2.0 mm.

высоты щели диафрагмы b, а a1 Ч аналог размера a, Для модуляции света использовался поперечный элеквзятого в теоретических расчетах, то определить длину трооптический эффект. Для этого два торца кристалла электродов L в такой конструкции весьма проблемабыли отполированы для подачи через них излучения латично, поскольку она зависит от угла раскрыва паза.

зера ЛГН-208А. На двух боковых поверхностях кристаЕсли пазы прямоугольной формы, то экспериментальная ла были вырезаны пазы, позволявшие обеспечить зазор проверка будет более корректной, но теоретические между электродами диафрагмы 0.35 0.03 mm. Элеменрасчеты необходимо проводить для диафрагм, изготовтами связи служили две покрытые серебром латунные ленных из стали (Rs = 0.07 ) толщиной 0.5 mm, заполдиафрагмы размером 17.0 8.0, толщиной 1.0 mm. Конненных диэлектриком с = 28, a = 3.213 mm. В табл. струкция с диафрагмами была закреплена между двумя приведены расчеты таких диафрагм.

стандартными коаксиально-волноводными переходами с Видно, что полоса пропускания электродинамической размером волноводов 28.5 12.5 mm. Сигнал модулясистемы существенно сузилась, особенно для диафрагм ции поступал от генератора стандартного измерителя с малыми параметрами b. Потери при этом остались коэффициента стоячей волны Р2-42.

Таблица 4. Параметры диафрагм, изготовленных из меди и стали 1 1 Материал L, mm 0, mm Qr0 Q1 QL0 K0 2 f, GHz 0, mm K2 2 f, GHz Медь 0.5 33.996 3.655 8.513 2.557 0.489 3.451 33.997 0.489 0.Сталь 0.5 33.992 4.173 4.309 2.120 0.258 4.163 33.994 0.258 0.Медь 0.02 33.996 3.655 8.513 2.557 0.489 3.451 33.996 0.489 3.Сталь 0.02 33.992 4.173 4.309 2.120 0.258 4.163 33.993 0.258 3.Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 94 Д.В. Запорожец, Н.А. Яковенко Исследовалась АЧХ СВЧ-модулятора света на базе лазерного луча на зеркало интерферометра, изготовленрезонаторов со стальными электродами с частичным ное из серебра, при том же управляющем напряжении заполнением их монокристаллом LiNbO3 поперечными получена глубина модуляции 40%, что приводит к выразмерами 4.0 4.0, длиной 2.0 mm с боковыми па- игрышу в 10 раз.

зами для стальных электродов. На частоте 5360 MHz Рассмотренные электрооптические объемные модуля( = 56.02 mm) при длине щели 14.5 mm был зареги- торы света с низким уровнем энергии управления могут стрирован сигнал амплитудой 70 V. Уровень шума при найти практическое применение в высокоскоростных этом составлял не более 0.1 V. Полосы модуляции системах телекоммуникаций.

зависят от нагрузки тракта СВЧ Ч при установке согласованной нагрузки на выходе тракта получаем Заключение сигнал на выходе фотодетектора с шириной полосы, отсчитанный на уровне 0.5 от максимального значения, 1. Предложена методика анализа основных харакоколо 400 MHz; при отключении нагрузки на выходе теристик электродинамических систем щелевого типа получаем сигнал амплитудой 145 V. Но полоса модудля оптических объемных модуляторв Ч резонансной лятора при этом уменьшается до 150 MHz. Наблюдается частоты, коэффициента передачи и полосы пропускания несколько резонансных пиков значительно меньшей амс учетом потерь.

плитуды.

2. В рамках одномодового рассмотрения приведены Сравнение результатов этих исследований с резульрасчеты АЧХ и получено простое точное аналититатами исследований модулятора света с кристаллом ческое соотношение для АЧХ этой электродинамиче0.5 0.5 длиной 2.0 mm [8] показало перспективность ской системы в случае пренебрежимо малых потерь в уменьшения величины параметра b (сужение щели позметаллических проводниках и заполняющего волновод волило получить сигнал на выходе в 1.5 раза больше).

диэлектрика. Эти соотношения позволяют провести каПоэтому следующим этапом исследований было изучечественную оценку потенциальных возможностей элекние параметров модуляторов, где b = 0.15 mm (длина тродинамических систем щелевого типа для создания кристалла была прежней Ч 2.0 mm). Кристалл был широкополосных устройств.

вставлен в щелевую линию, изготовленную из медных 3. Найдены аналитические соотношения для расчета пластинок толщиной 0.50 mm. На частоте 6143 MHz АЧХ исследуемой системы с учетом потерь при ее получено Uc = 910 V. Полоса пропускания при этом резонансном и нерезонансном возбуждении в одномосоставляет 115 MHz. Подстройкой оптической систедовом режиме. Установлено, что волноводные вставки мы путем гашения уровня немодулированного сигнала щелевого типа с диэлектрическим заполнением могут удается достичь глубины модуляции 20% при подаче обеспечить достаточно большую полосу пропускания Ч СВЧ-мощности порядка 150 mW.

> 1 GHz при малой высоте щели.

Дальнейшее уменьшение параметра b было осуще4. Приведены оценки границ применения изложенных ствлено полировкой монокристалла LiNbO3 до толщирасчетов с учетом потерь энергии СВЧ-излучения.

ны 320 m. Этот монокристалл служил одновременно 5. Рассмотрена динамика процесса возбуждения элеки интерферометром ФабриЦПеро. Отражающие поверхтродинамических систем на базе представлений их в ности интерферометра ФабриЦПеро нанесены на противиде резонаторов на основе щелевой линии. Проведена воположные поверхности кристалла LiNbO3. Кристалл экспериментальная проверка полученных соотношений вырезан так, что его оптическая ось c направлена на макетах щелевых линий, изготовленных из меди и перпендикулярно его плоскости. Луч лазера подавался стали, при варьировании размеров высоты щели.

вдоль оптической оси кристалла через фокусирующую 6. Экспериментальное исследование лабораторных линзу.

макетов объемных модуляторов на базе частично заИсследования проведены для двух типов зеркал инполненных кристаллами LiNbO3 щелевых линий показатерферометра Ч изготовленных из алюминия и серебра.

о перспективность применения предложенных методов Толщина зеркал из алюминия 30-50 nm, зеркало из расчета для конструирования сравнительно недорогих серебра тоньше примерно в два раза, размер зеркал Ч пригодных для практического использования микровол0.5 0.5 mm. Интенсивность прошедшего через интерновых модуляторов света.

ферометр оптического сигнала в случае алюминиевых зеркал составляла примерно 10% интенсивности света на входе, а для серебряных Ч 20%. Электрическое Список литературы управляющее поле прикладывалось вдоль оптической оси кристалла при размещении его в щелевой линии.

[1] Тамир Т. Волноводная оптоэлектроника. М.: Мир, 1991.

Подавая оптический луч в центральную часть зер575 с.

кала интерферометра удается получить коэффициент [2] Mitomi O., Noguchi K., Miyazawa H. // IEE Proc.

модуляциии 12% при управляющей мощности СВЧOptoelectron. 1998. Vol. 145. N 6. P. 360Ц364.

сигнала 150 mW. Выигрыш [4] такого модулятора по [3] Burns W.K., Howerton M.M., Moeller R.P. et al. // J. of сравнению с обычным составляет около 3. При подаче Lightwave Technology. 1999. Vol. 17. N 12. P. 2551Ц2555.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам